1、 本科生毕业设计开题报告书本科生毕业设计开题报告书 题 目 数控机床立柱的 CAD/CAM 设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 2013 年 3 月 12 日 毕业设计题目 数控机床立柱的 CAD/CAM 设计 课题目的、意义及相关研究动态： 一、目的及意义： 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高 精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、 美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着微 电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户 提出更多需求，四大国际机床展早已成为各国机床制造
2、商竞相展示先进技术、 争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今 后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 随着世界科技进步和机床工业的发展， 数控机床作为机床工业的主流产品， 已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。 数控机床的拥有量及其性能水平的高低， 是衡量一个国家综合实力的重要标志。 加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工 具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、 精密、多轴、高效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、 高自动
3、化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨 道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床；IT业、生物工程等高 技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床；工程机械、农业机械等传 统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行 装备。当今数控机床的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有 良好工艺可能性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。随着现代数控 机床日益向着高速化、高性能、高精度方向发展，传统的设计方法己无法满足 数控机床发展的要求 1 。 数控机床床属于大型机械设备，在整个机床的各个组成部分中, 机床立柱 是一个极其重要的大
4、件, 它起着支撑工件和连接工作台、床身等关键零部件的 作用。数控机床立柱结构的设计尺寸和布局形式, 决定了其本身的各个动态特 性。往往由于立柱结构设计不合理, 导致立柱的刚度不足, 产生各种变形、振 动,加工时刀具与工件间产生相对变形和振动, 也使零件加工精度降低。 立式车 床用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。如 各种盘，轮和套类工件的圆柱面，端面，圆锥面，圆柱孔，圆锥孔等。亦可借 助附加装置进行车螺纹，车球面，仿形，铣削和磨削等加工。与卧式车床相比， 立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装 与找正比较方便。这种布局减轻了主轴及轴承的
5、荷载，因此立式车床能够较长 期的保持工作精度。大量加工实践证明，将卧式车床立起来使用(变成了立式车 床)反倒显示出了更多的优越性，如占地面积小、排屑更加方便、承载能力增加 等。同时立式车床还具有很好的主轴旋转精度和较强的切削能力，更加有利于 实现生产的自动化，所以对立式车床的使用和需求也越来越多。立柱是数控立 式车床重要结构部件之一，其结构特性对立式车床的性能影响很大，主要体现 在加工精度、抗振性、切削效率、使用寿命等方面。因此，立柱结构的静、动 态性能是决定整机性能的重要因素之一。由于立柱结构形状较复杂，采用一般 方法对其进行静、动态特性计算比较困难。如何对立柱等部件进行精确、合理、 科学可
6、行的计算，是机床结构设计过程中需要迫切解决的重要课题 2 。 因此, 在设计数控机床立柱结构时, 考虑立柱的动态特性显得尤为重要。 针对这些因素，有必要对数控机床的立柱部分进行结构优化，本课题对数控机 床的立柱部分进行优化设计有重要的实际意义。 二、研究动态： 1、 国外研究动态： 国外的机床结构优化领域的研究比较多，在结构优化、有限元分析、参 数化设计方面都有不少研究，美国机械工程师学会“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中， 利用有限元软件分析机械结构，提出全程参数化设计，并对其进行拓扑优化， 全面分析了设计变量在优化程序中的变数。 国外机床结构优化设计存在以下特点： (1)设计与分析平行。 从以满足一定性能要求为目标的结构选型、 结构设计， 到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身结构设计的各个 阶段均有结构分析的
